Диссертация (Радиолокационная система обеспечения безопасности движения наземных транспортных средств), страница 10

Накапливая отдельные столбцы РЛИ в процессе сканирования антенны в азимутальной плоскости,вычислитель формирует первичное РЛИ в координатах азимут – дальность и производит его обработку для представления на индикаторе.3.3 Методика расчёта структурной схемы АРЛСРасчет параметров блоков структурной схемы АРЛС проводится с учетомвыбранной структурной схемы АРЛС и сводится к последовательному выполнению следующих действий:1. Расчёт ширины ДНА.Ширина ДНА должна обеспечивать обнаружение препятствий на требуемойдальности в пределах КБ и отличать их от безопасных объектов, находящихся на обочине.

С другой стороны, линейные размеры антенны не должны превышать габариты автомобиля, что накладывает ограничения на минимальную ширину ДНАпмгде:– ширина ДНА,- длина волны ЗС,2. Определение периода модуляции ЗС, исходя из требуемых соотношенийсигнал/шум.Период модуляции определяется следующим выражением:65Амэф,где: GА – коэффициент усиления антенны,– средняя мощность передатчика,– коэффициент аподизации, учитывающий расширение спектра примодуляции сигнала биений функций временного окна,- отношение сигнал/шум на выходе фильтра Фурье,Nnoise– коэффициент шума ПРМ,R – дальность, [м],– затухание волн в атмосфере.При этом нижняя граница частоты Fм определяется соотношением:, где Fsc – частота сканированиямНа рисунке 3.11 представлена зависимость максимальной частоты модуляции от требуемого отношения сигнал/шум на дальности 100 м при различных величинах ЭПР.FSэф=10Sэф=1Sэф=0,1C/ШРисунок 3.11.

Зависимость максимальной частоты модуляции от требуемогоотношения сигнал/шум на дальности 100 м для различных величин ЭПР3. Количество зондирований в секторе обзора по азимуту:66мск(3.3.3), где– сектор обзора4. Определение полосы зондирующего сигнала:5. Определение диапазона частот сигнала биений (полоса НЧ)м6. Определение максимального коэффициента усиления ПРМ, исходя из выбранного АЦП:ммПРМгде:м,– шкала АЦПRADC – входное сопротивление АЦПс – скорость света7.

Выбор частоты дискретизации,где: К - коэффициент подавления сигнала за пределами рабочей полосычастот,n - порядок аналогового фильтра.8. Выбор разрядности АЦП, исходя из соотношения,где D – динамический диапазон ЭПР наблюдаемых объектов, с учётом интерференции.9. Определение пропускной способности канала связи на выходе блока ЦОС.Так как частота дискретизации существенно превышает требуемую частотупо теореме Котельникова, то на выходе ЦФ проводится децимация отсчетов. Поток данных на выходе ЦФ будет составлять:Цгде:,- разрядность отсчетов на выходе ЦФ, которая выбирается исходя67Киз соотношений- коэффициент децимацииВ результате поток данных на выходе блока ЦОС определяется в виде:10. Определение количества точек БПФ.БППредложенная методика инженерного расчёта структурной схемы АРЛСпозволяет на этапе проектирования провести обоснованный выбор и оптимизацию всех основных параметров АРЛС [49].Учитывая структурную схему построения АРЛС, можно выявить основныеисточники погрешностей измерения и провести их классификацию.

ПогрешностиАРЛС могут быть подразделены на две группы.К первой группе относятся методические погрешности, обусловленные работой АРЛС на малых расстояниях от отражающей поверхности. Они связаны с: кривизной волнового фронта падающей и отражённой ЭМВ, вторичным эффектом Доплера, траекторными нестабильностями АРЛС, вызванными колебаниями ТС, случайным характером изменения отражающих свойств подстилающей поверхности, принятым способом обработки отражённого сигнала.Ко второй группе относятся инструментальные погрешности, связанные с: неточностью установки антенны АРЛС, неидеальностью модулей обработки, погрешностями, возникающими при прохождении сигналов через приемный тракт.68Выводы к разделу 31. В результате проведённых исследований введено новое понятие – коридор безопасности, в качестве критерия разделения объектов на опасные и безопасные (известное в практике судовождения).

Использование данного критерияпозволяет обоснованно подойти к выбору параметров антенной системы АРЛС.2. Показано, что исходя из типа ТС, входными данными для расчёта АРЛС,являются диапазон рабочих дальностей, разрешающая способность по дальностии азимуту, сектор обзора в азимутальной плоскости, ширина КБ, ширинаавтомобиля, частота сканирования.3. Предложена и обоснована структурная схема построения АРЛС, котораяпозволяет удовлетворить сформулированным требованиям к системе.4. Разработанаметодикаинженерногорасчетапараметровблоковструктурной схемы АРЛС, позволяющая: исходя из тактических условий и типаТС, рассчитать требуемую ширину ДНА по азимуту и углу места, оценитьнеобходимый сектор сканирования антенны в азимутальной плоскости; исходя изразрешающей способности по дальности, диапазона рабочих дальностей инаблюдаемых целей определить период модуляции ЗС, количество зондированийв секторе обзора, полосу зондирующего сигнала, диапазон частот сигнала биений,коэффициент усиления приемника, количество фильтров БПФ и количество точекиндикатора.

Показано, что коэффициент подавления внеполосного сигналанакладывает дополнительные ограничения на частоту дискретизации, разрядностьАЦП и пропускную способности канала связи на выходе блока ЦОС.Таким образом, предложенная методика позволяет разработать аппаратнуючасть АРЛС, однако для целевого применения АРЛС необходима разработкапрограммно-алгоритмического обеспечения.694 Алгоритмическое и программное обеспечение АРЛСКомплекс аппаратно-программных средств АРЛС не может функционировать без алгоритмического и программного обеспечения (ПО). Алгоритмическое ипрограммное обеспечение можно в первом приближении разделить на необходимое для выполнения целевой задачи и без которого невозможно применениеАРЛС (например, преобразование сигнала биений в РЛИ и визуализация РЛИ), исервисное, задача которого состоит в автоматизации и облегчения работы водителя-оператора (например, преобразование координат и т.д.).

Поэтому в диссертации проведена систематизация алгоритмов необходимого ПО и разработаны определённые алгоритмы сервисного ПО. Существенное внимание в данном разделеуделено вопросам программной реализации и проверки алгоритмов необходимогоПО, а также разработанных алгоритмы сервисного ПО. Учитывая ограниченныевычислительные ресурсы блока ЦОС и работы АРЛС в реальном масштабе времени, должна быть проведена оценка эффективности и реализуемости ключевыхалгоритмов.

Критерием эффективности в данном случае является возможностьвыполнения штатных задач АРЛС, а именно: наблюдение и измерение расстояниядо потенциально опасных объектов в пределах КБ, а также границ дороги.Комплекс алгоритмов вторичной обработки включает: алгоритмы обнаружения и сопровождения, представляющих опасность объектов, с измерениемдальности и параметров их движения; алгоритмы обнаружения границ дороги ирешение навигационной задачи; алгоритмы формирования интерфейса оператораводителя в АРЛС.Задача обнаружения потенциально опасного объекта после адаптивного порога достаточно тривиальна и будет рассмотрена в разделе 4.6.

Нетривиальнойявляется задача обнаружения границ дороги и измерения расстояния до них. Рассмотрению этого вопроса посвящены разделы 4.2 – 4.5. Основная задача интерфейса оператора-водителя: представить информацию так, чтобы она легко воспринималась слабо подготовленным в области радиолокации оператором (рассмотрена в разделе 4.7).704.1 Задачи вторичной обработки РЛИ в АРЛСДля создания комплекса аппаратно-программных средств АРЛС необходимо разработать соответствующее программно-алгоритмическое обеспечение длярешения следующих задач: Выделение края дороги и (при наличии) разделительной границы между полосами встречного движения. Классификацию типа края - грунтовая обочина, металлический или бетонныйбарьер, противошумовые щиты. Определение текущей ширины дороги, попутной и встречной полосы движения. Определение кривизны дороги, формирование предупреждающего сообщения. Выделение изолированных придорожных объектов инфраструктуры (столбыосвещения, километровые столбы и т.д.) и оценку их текущих координат. Выделение неподвижных предметов в коридоре безопасности и оценку их текущих координат, формирование предупреждений об опасном сближении. Выделение, оценку текущих координат и скоростей и классификация движущихся объектов (легковой автомобиль, среднеразмерный и большеразмерныйгрузовые автомобили, мотоцикл-велосипед, пешеход) в пределах коридорабезопасности и примыкающей зоны риска.

Прогноз их движения, оценка степени опасности и выдача предупреждений. Приведение данных к единому моменту времени (с учётом разновременностиполучения первичных данных с разных азимутов), с упреждением на времязадержки человеческого восприятия. Символическую, легко воспринимаемую человеком визуализацию выходнойинформации, обеспечивающую чёткое и однозначное разъяснение смысласигнала предупреждения. Функциональную связь с другими информационными датчиками автомобиля(спидометром, датчиком поворота).71 Возможность привязки отображаемой обстановки как к продольной оси автомобиля, так и к оси дороги.Учитывая большое количество и сложность реализации всего программноалгоритмического обеспечения, в диссертации уделено внимание разработке иреализации только ключевых алгоритмов.4.2 Алгоритм измерения расстояния до границы дорогии определения ориентации автомобиля на дорогеОбнаружение обочины дороги и её аппроксимация на индикаторе операторапозволяет извлекать из РЛИ АРЛС оперативную навигационную информацию дляуправления ТС.

Задача обнаружения границ дороги сопряжена с рядом трудностей принципиального характера, а именно: из-за движения автомобиля характеробочины постоянно меняется, меняется расстояние от отражателей до края полосы движения, УЭПР края дороги. Таким образом, необходимо обнаружить и отслеживать дистанцию в определённых угловых каналах до распределённой сильно флюктуирующей цели. Из-за отклонения ТС от оси дороги расстояние до границы дороги в различных угловых каналах меняет свой характер (закон расположения), однако при движении в плавном повороте происходят аналогичные явления.